建筑结构设计中不规则结构设计问题探讨

李国珍

摘要：随着科学技术的不断发展和人们生活水平的日益提高，人们对物质外观、精神文化的需求也在不断加强，在审美观的全面提升下，当代建筑物的结构设计也从以前的规则性、对称性逐步转向不规则性、不对称性。为了满足建筑使用功能集外观于一体的设计要求，建筑师越来越倾向于设计不规则的建筑。建筑整体的不规则性提高了对建筑结构性能的要求。因此，要全面加强对建筑结构不规则性的深入研究。本文就是主要探讨了如今建筑结构设计之下不规则性的特点和发展形势，分析了建筑中不规则性结构的类型，同时提出了在建筑设计过程中针对不规则结构所需要采用的对策。

关键词：建筑结构；设计；不规则；设计问题；探讨

自从改革开放发展以来，人们的思想也得到了进一步的发展和拓展，这一点从各地层出不穷的各种个性化标志的建筑物就可以看出来，尤其是近几年来，人们的思想越来越活跃，各种标新立异的建筑出现在了我们的周围，比如北京的鸟巢，济南的“东荷、西柳”，央视新建筑等都是不规则建筑的代表。建筑设计越来越趋向于不规则化对于设计的难度和要求都提出了更高的挑战，而不规则化建筑的兴起也为建筑行业开阔了更广阔的天地。下面就重点探讨下不规则设计的具体要求和内容[1]。

1、不规则建筑结构的基本特征

1.1平面不规则结构

（1）扭转不规则：在规定的水平力作用下，对比楼层的最大弹性水平位移与该层两端弹性水平位移，一般大于1.2.

（2）凸凹不规则：根据国家规范来设计投影方向的凹凸值，即要求建筑物结构凹进去的尺寸要大于其本身投影方向凹凸值的百分之三十，防止发生地震时建筑物会出现变形甚至倒塌，给人生命安全和经济带来威胁。

（3）楼板局部不连续：可以对比楼板的尺寸与平面刚度的变化来判断建筑物结构的平面不规则。

1.2竖向不规则结构

（1）侧向刚度不规则：通过对比侧向刚度和相邻楼层侧向刚度的平均值判断建筑物结构的侧向刚度不规则。注意除顶层或出屋面小建筑外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的百分之二十五。

（2）竖向抗侧力构件不连续：建筑物的竖向抗侧力构件的内力无法垂直方向传递，需要由水平转换构件向下传递。

（3）楼层承载力突变：要求本层的抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的百分之八十。

1.3超规范结构

（1）超高结构：指设计中对设计的技术要求加大，使建筑施工材料发生改变。

（2）超限结构：局部楼层受力超过其自身上限。

（3）新型结构：将新型的建筑材料与建筑施工技术相结合，但是不改变施工中的具体操作流程。

这些建筑结构，由于一些数值已经超过国家规定标准，所以存在一定的安全隐患，所以国家有关部门要加大监察力度，避免危险事故的发生，为建筑行业的发展发挥起作用。

2、不规则建筑设计中的问题

2.1结构的偏心距问题

根据数理统计得知，建筑物结构的扭转效应和结构相对偏心距的关系主要呈现为线性函数关系。所以在设计过程中，要想降低不规则性带来的扭转效应就要考虑偏心距问题。通过对结构重心的分析，刚度的中心位置竖向构件尤其是剪力墙的调整，降低建筑结构在平面上的不规则性，能够在一定范围内对偏心距进行限制或降低建筑物结构中的偏心距从而提高建筑物结构抗扭转能力[2]。

2.2抗侧与扭转刚度问题

对于建筑物结构设计而言，其建筑结构的扭转效应和结构周期比的平方近似为线性关系。所以在设计过程中，要想提高建筑结构抗侧刚度和抗扭承载力就要考虑建筑结构周期比。如果建筑结构的某一部分比较薄弱，就有可能会导致建筑结构之间的位移，所以通过减少建筑平面过大的凹和凸面来提高建筑结构抗扭承载力。选择混凝土结构，不宜选用砌体等脆性的材料来改善结构的抗震性能。

2.3抗震缝问题

建筑物的平面如果不规则，或者为复杂体系，地震时就容易产生应力集中，发生破坏。设立抗震缝时，建筑物的基础可断开，也可不断开。抗震缝的宽度一般采用50-100nm，對于多层和高层钢筋混凝土房屋，其最小缝度应符合下列要求：当高度不超过15米时，缝宽为70nm；当高度超过15米时，按照设防烈度及增加高度进行调整[3]。

对高层建筑，由于建筑物高度大，地震影响也更加严重，总的来说应避免设缝，以提高整体性。当必须设缝时，则考虑相邻结构在地震作用下的结构变形、平移所引起的最大侧向位移。

3、不规则建筑结构的设计计算

3.1优化设计方案

就建筑的工程技术而言，建筑师总是在建筑工程区域可行的条件下进行设计。所以在选择方案时，应该全面衡量，做到即能满足建筑结构设计的要求，又能合理的，有序的完成工程建设。另一方面，设计方案的优化可以有效的减少工程的成本费用，增加建筑工程的经济效益。所以当设计方案不规范或者不适用于该建筑工程，与该工程结构计算不匹配时，应立即详细的修改设计方案，不能只是修改数据，敷衍塞责，以便解决后患之忧。

3.2选择合理的计算分析方法

计算分析方法要根据实地的建筑工程的不规则度来选择，基本有以下几种方法：一是底部剪力法，适用于具有多层的砖房或者单层的空旷的房租，对于工业厂房也同样适用，总的来说适用于建筑物高度低于四十米的；二是振型分解反应谱法，适用于：规则的多高层结构，一般工程结构，实际上即把结构作为多自由体系，利用反应谱进行计算。三是弹性时程分析方法，适用于高层的建筑结构，或者特别复杂的建筑结构，对于建筑物结构的的质量沿竖向分布不均匀的高层建筑结构也同样适用。此方法能够真实而又全面地反映建筑物构造存在的薄弱部分和缺陷，以便于改造来加强它的抗震性能，从而排除安全隐患，降低事故和经济的风险性。

3.3强化抗震措施

在地震区，小震发生的概率很大，大震虽是罕见的，但一旦发生时务必保证建筑物不致倒塌所造成重大伤亡和损失，为此，确定三水准的要求，即：小震不坏，设防裂度可修，大震不倒。迄今为止，由于结构布置不合理而产生的震害源源不断，比如扭转破坏，唐山大地震，汶川地震很多都是由于扭转破坏导致建筑物倒塌；薄弱层破坏；应力集中；防震碰触碰撞；共振效应引起的震害等等。所以，坚持建造坚固的建筑物的原则是必要的即：科学地、慎重地选择建筑场地，做好房屋基础牢固；房屋结构设计简单，布局合理；连接要牢固，整体性要好；加圈梁的房屋抗震性能好；保证施工质量，增加建筑抗震能力。

3.4建筑结构不规则控制参数

位移比、周期比、侧向刚度比、层间受剪承载力比。

综上所述，随着社会物质文明、精神文明的不断发展与进步，建筑的类型也随之渐渐的丰富，人们对建筑的审美也发生了巨大的改变，从以前的规则性、对称性转变为不规则性、不对称性。不规则建筑的兴起更是为建筑艺术造型带来更广阔的天地，从文中我们可以看出，不规则结构对于建筑工程质量建设发挥着越来越重要的作用，一个建筑可以包含各种各样的内部构造和包含在它周围的外部构造，所以建筑的存在形式便是为人们的生活创造各种各样的环境，更能对人们的健康带来机遇与挑战，不规则建筑的未来不容小觑。

参考文献：

[1]吕晓祥.建筑结构设计中不规则性问题探究[J].规划与设计.2017，12（4）：81-82.

[2]丁海鹏，尹丰，官蕊.针对建筑结构设计中不规则设计问题分析与探讨[J].建筑知识.2016，12（8）：134-136.

[3]倪虹.建筑结构设计不规则性问题的分析[J].建筑知识.2017，8（8）：148-158.